ImGen – diagnostyka koronawirusa na wyciągnięcie ręki

Czy długie kolejki do punktów pobrań w kierunku COVID-19 to standard, do którego musimy się przyzwyczaić? Konsorcjum z udziałem CEZAMAT-u i Wydziału Chemicznego PW rozpoczęło prace nad projektem mogącym pomóc w odciążeniu systemu diagnostycznego.

Celem projektu jest opracowanie innowacyjnej diagnostycznej technologii szybkiego wykrywania wirusa SARS-CoV-2 w próbkach biologicznych. Do badania będą stosowane specjalne kasety wykorzystujące biosensory elektrochemiczne. 

– Na rynku są obecne testy wykrywające antygeny i przeciwciała, jednak do tej pory diagnostyka molekularna odbywała się przede wszystkim w laboratoriach, z wykorzystaniem aparatów real-time PCR. My chcemy tę technikę zminiaturyzować – mówi prof. Elżbieta Malinowska kierująca pracami zespołu z PW.

Nowatorskie podejście

Na innowacyjny charakter przedsięwzięcia wpływa przede wszystkim uniwersalność opracowywanej technologii. – Chcemy stworzyć trzy różne kasety biosensorowe, do których wykorzystamy jeden mikroelektroniczny czytnik. W ten sposób, w zależności od potrzeby i zaleceń, będziemy w stanie uzyskać odpowiednie informacje odnośnie do danego pacjenta – wyjaśnia prof. Mariusz Pietrzak z Wydziału Chemicznego PW.

Jakie to będą informacje? Pierwsza z kaset ma wykrywać białka wirusa, które znajdują się na jego powierzchni. W kasecie zostaną wykorzystane odpowiednie receptory, które go “namierzą”.

Drugi typ ma wykrywać przeciwciała skierowane przeciwko wirusowi. Dzięki niemu dowiemy się, czy ktoś przeszedł chorobę (lub też choruje bezobjawowo) i ma już przeciwciała.

Dzięki trzeciej kasecie możliwe będzie wykrycie odpowiednich sekwencji genetycznych wskazujących na to, że w próbce obecny jest poszukiwany wirus.

We wszystkich wymienionych przypadkach czas oczekiwania na wynik będzie bardzo krótki. Użycie kaset pozwoli na wykrycie śladów wirusa w ok. pół godziny, a nie 8-10 godzin, tak jak to się dzieje w przypadku klasycznych badań laboratoryjnych.

Ilość równie ważna co jakość

Jak podkreśla dr inż. Kamil Żukowski z CEZAMAT-u, zespół projektowy konstruuje cały system – od pobrania próbki, do gotowego wyniku. – Kasety od początku projektujemy z myślą o ich późniejszej produkcji. Wykorzystujemy materiały, które są niedrogie i łatwo dostępne, i technologie, przy użyciu których uda się uzyskać wysoką efektywność produkcji, ponieważ kaset będzie trzeba wytworzyć bardzo dużo w dość krótkim czasie – mówi badacz.

Jeden czytnik w założeniu ma obsługiwać wiele kaset, które powinny być jak najtańsze. W tej chwili poza testami PCR na rynku są już stosowane kasetowe testy antygenowe, których cena wynosi ok. 25-50 zł. Zespół PW nie chce za wszelką cenę schodzić poniżej tego progu, ale przewiduje, że jego rozwiązanie będzie równie przystępne cenowo.

– Nawet jeżeli nie będziemy mocno konkurencyjni pod względem ceny, to nasze rozwiązanie i tak będzie miało przewagę nad innymi. Wpłynie na to dostępność urządzenia i rzetelność analiz – podkreśla prof. Elżbieta Malinowska. Dzięki przenośnemu urządzeniu wyposażonemu w kasety, testy będzie można przeprowadzać łatwiej i w wielu miejscach, jak choćby  w przychodniach, domach opieki. Warunkiem otrzymania prawidłowego wyniku będzie odpowiednie pobranie próbki – tę czynność będą musiały wykonywać osoby wyspecjalizowane, jednak samo przeprowadzenie testu i obsługa urządzenia powinny być na tyle łatwe, że poradzą sobie z nimi osoby bez specjalistycznego przeszkolenia.

Prawidłowo pobrana, niezanieczyszczona próbka jest warunkiem otrzymania wiarygodnej analizy. Na dalszym etapie o sukcesie badania decydować będą rozwiązania zaproponowane przez badaczy z PW. Ich celem jest przygotowanie testów o jak najwyższej czułości w pojęciu medycznym. Z jednej strony bazują oni na wiedzy o antygenowych testach optycznych, które są mniej dokładne, z drugiej – czerpią z własnych doświadczeń dotyczących analiz elektrochemicznych. Na Wydziale Chemicznym PW, w Katedrze Biotechnologii Medycznej, od lat prowadzone są badania nad klasycznymi i miniaturowymi urządzeniami do oznaczania substancji o znaczeniu klinicznym.

Rozwiązanie dalekowzroczne

System opracowywany przez zespół prof. Malinowskiej jest tworzony nie tylko z myślą o diagnostyce SARS-CoV-2. Myśl konstrukcyjna jest na tyle uniwersalna, że w przypadku konieczności podjęcia walki z innym czynnikiem chorobotwórczym w przyszłości, urządzenie będzie można zmodyfikować i wykorzystać. Jak podkreśla dr inż. Robert Ziółkowski z Wydziału Chemicznego PW, aby to zrobić, najpierw musimy poznać “wroga” i jego budowę. Między innymi sekwencję genetyczną charakterystyczną dla danego patogenu, którą będziemy wykrywać w próbce. W przypadku SARS-CoV-2 wykrywane będą trzy różne sekwencje wyróżniające tego jednego koronawirusa.

Projekt „Opracowanie konstrukcji i technologii wytwarzania miniaturowych urządzeń diagnostycznych do szybkiego wykrywania wirusa SARS-CoV-2 w próbkach biologicznych w trybie POCT” jest finansowany w ramach Programu Operacyjnego Inteligentny Rozwój.

Konsorcjum tworzy firma ScreenMed, Politechnika Warszawska (CEZAMAT i Wydział Chemiczny) oraz Narodowy Instytut Zdrowia Publicznego – Państwowy Zakład Higieny